高考物理光学知识点之几何光学经典测试题(1)

高考物理光学知识点之几何光学经典测试题(1)

一、选择题

1．如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是

①看到A中的字比B中的字高

②看到B中的字比A中的字高

③看到A、B中的字一样高

④看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高

A．①④ B．只有① C．只有② D．③④

2．下列现象中属于光的衍射现象的是

A．光在光导纤维中传播

B．马路积水油膜上呈现彩色图样

C．雨后天空彩虹的形成

D．泊松亮斑的形成

3．先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大

．．．．．的那种单色光，比另一种单色光（）

A.在真空中的波长较短

B.在玻璃中传播的速度较大

C.在玻璃中传播时，玻璃对其折射率较大

D.其在空气中传播速度大

4．如图所示，两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面，进入玻璃砖中后形成复合光束c则下列说法中正确的是

A．a光的能量较大

B．在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度

C．在相同的条件下，a光更容易发生衍射

D．a光从玻璃到空气的全反射临界角小于b光从玻璃到空气的全反射临界角

5．如图所示，放在空气中的平行玻璃砖，表面M与N平行，一束光射到表面M上，(光束不与M平行)

①如果入射角大于临界角，光在表面M即发生反射。

②无论入射角多大，光在表面M也不会发生全反射。

③可能在表面N发生全反射。

④由于M与N平行，光只要通过M，则不可能在表面N发生全反射。

则上述说法正确的是( )

A．①③ B．②③ C．③ D．②④

6．如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（）．

A．B．

C．D．

7．图示为一直角棱镜的横截面，。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（）

A．从ab面射出 B．从ac面射出

C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直

8．两束不同频率的平行单色光。、从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（a>）。下列结论中正确的是（）

A．光束的频率比光束低

B．在水中的传播速度，光束比小

C．水对光束的折射率比水对光束的折射率小

D．若光束从水中射向空气，则光束的临界角比光束的临界角大

9．一细光束由a、b两种单色光混合而成，当它由真空射入水中时，经水面折射后的光路如图所示，则以下看法正确的是

A．a光在水中传播速度比b光小

B．b光的光子能量较大

C．当该两种单色光由水中射向空气时，a光发生全反射的临界角较大

D．用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距10．a、b两种单色光以相同的入射角从半圆形玻璃砖的圆心O射向空气，其光路如图所示．下列说法正确的是（）

A．a光由玻璃射向空气发生全反射时的临界角较小

B．该玻璃对a光的折射率较小

C．b光的光子能量较小

D．b光在该玻璃中传播的速度较大

11．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是

A．若增大入射角i，则b光最先消失

B．在该三棱镜中a光波速小于b光

C．若a、b光通过同一双缝干涉装置，则屏上a光的条纹间距比b光宽

D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压高

12．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是

A ．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

B ．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

C ．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D ．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

13．已知单色光a 的频率低于单色光b 的频率，则（） A ．通过同一玻璃三棱镜时，单色光a 的偏折程度小 B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，单色光a 的临界角小 C ．通过同一装置发生双缝干涉，用单色光a 照射时相邻亮纹间距小 D ．照射同一金属发生光电效应，用单色光a 照射时光电子的最大初动能大

14．如图所示是迈克尔逊用转动八面镜法测光速的实验示意图，图中S 为发光点，T 是望远镜，平面镜O 与凹面镜B 构成了反射系统。八面镜距反射系统的距离为AB ＝L （L 可长达几十千米），且远大于OB 以及S 和T 到八面镜的距离。现使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速，当转动频率达到0f 并可认为是匀速转动时，恰能在望远镜中第一次看见发光点S ，由此迈克尔逊测出光速c 。根据题中所测量的物理量得到光速c 的表达式正确的是（ ）

A ．04Lf c =

B ．08Lf c =

C ．016Lf c =

D ．032Lf c =

15．如图所示，放在暗室中的口径较大不透明的薄壁圆柱形浅玻璃缸充满水，缸底中心有一红色发光小球（可看作点光源），从上往下看，则观察到（ ）

A ．水面有一个亮点

B ．充满水面的圆形亮斑

C ．发光小球在水面上的像

D ．比小球浅的发光小球的像 16．下列说法正确的是（ ） A ．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在 B ．光导纤维传送图象信息利用了光的衍射原理 C ．光的偏振现象说明光是纵波

D．微波能使食物中的水分子热运动加剧从而实现加热的目的

17．如图是一个1

4

圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线

EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON,ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率

n=5

2

,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线：（）

A．只能从圆孤

1

NF射出

B．只能从圆孤

1

NG射出

C．可能从圆孤

11

G H射出

D．可能从圆孤

1

H M射出

18．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源s，它发出的是两种不同颜色的a光和b 光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光所构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）．则一下说法中正确的是（）

A．a光的频率比b光大

B．水对a光的折射率比b光大

C．a光在水中的传播速度比b光大

D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄

19．一束光从某介质进入真空,方向如图所示,则下列判断中正确的是()

A

3

B3

C．该介质相对真空发生全反射的临界角是45°

D ．光线从介质射入真空的过程中,无论怎样改变入射方向都不可能发生全反射现象 20．如图，在某种液体内，有一轴截面为正三角形的薄壁透明圆锥罩ABC ,底面水平,罩内为空气。发光点D 位于BC 中点，发出的垂直于BC 的光恰好不能射出液面。下列说法正确的是

A ．D 发出的光照射到C

B 界面时可能发生全反射 B ．液面上方能够看到透明罩所有位置都被照亮

C ．液体的折射率为

23

3

D ．液体的折射率为3 E.液体的折射率为3

21．氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数

n >2的能级跃迁到n =2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定

A ．

对应的前后能级之差最小

B ．同一介质对

的折射率最大

C ．同一介质中的传播速度最大

D ．用照射某一金属能发生光电效应，则

也一定能

22．如图所示，真空中有一个半径为R ，质量分布均匀的玻璃球，频率为γ的细激光束在真空中沿直线BC 传播，并于玻璃球表面的C 点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D 点又经折射进入真空中，已知120COD ?∠=，玻璃球对该激光的折射率为3，则下列说法中正确的是（ ）

A ．出射光线的频率变小

B ．改变入射角α的大小，细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射

C ．此激光束在玻璃中穿越的时间为3t R

c

=（c 为真空中的光速） D ．激光束的入射角为α=45° 23．下列说法不正确．．．

的是（ ）

A．检验工件平整度的操作中，如图1所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断：P为凹处，Q为凸处

B．图2为光线通过小圆板得到的衍射图样

C．图3的原理和光导纤维传送光信号的原理一样

D．图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样

24．为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形软木片中心垂直插入一枚大

头针，并将其放入盛有水的碗中，如右图所示．已知水的折射率为4

3

，为了保证表演成功

(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为

A．

7

3

r B．

4

3

r C．

3

4

r D．

37

7

r

25．红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若黄光恰能发生全反射，则A．绿光也一定能发生全反射

B．红光也一定能发生全反射

C．红、绿光都能发生全反射

D．红、绿光都不能发生全反射

【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除

一、选择题

1．A

解析：A

【解析】

【分析】

判断光的折射现象，要对折射的定义理解清楚，光从一种透明介质斜射入另一种透明介质中时，传播方向一般会发生改变，这是光的折射，当光线垂直入射时，传播方向不改变。

【详解】 如图所示：

折射只有在入射角不等于0°的时候才发生，当人眼通过半球看的时候进入眼睛的光线恰恰是从球面法线方向出来的光线，所以不发生折射，通过球体观察物像重合，则看到B 中的字和没有放玻璃半球时一样高；

通过立方体观察时，由于光线发生了折射角，折射角大于入射角，所以看到的像比物高，即看到A 中的字比B 中的字高，故①④正确，应选A 。 【点睛】

此题主要考查学生对光的折射的理解和掌握，解答此类题目，画图解答，效果会更好。

2．D

解析：D

【解析】光在光导纤维中传播为光的全反射现象，A 错误；马路积水上的油膜呈现彩色图样，是因为日光照射在油膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，故B 错误；雨后天空出现彩虹属于光的折射现象，故C 错误；光线通过小圆盘，则会在屏上出现中心有亮斑，说明光线也偏离原来的直线方向传播，所以属于光的衍射，故D 正确．

3．B

解析：B 【解析】

试题分析：根据双缝干涉中相邻两条亮条纹间距公式λd

L

x Δ=

，用同双缝干涉装置做实验条纹间距大的说明波长大，所以A 项错误；波长越大折射率越小，所以C 项错误；在介质

中的速度根据公式n

c

v =

，折射率越小在介质中传播的速度越大，所以B 项正确；在空气中不同的单色光的速度与在真空中速度相同都等于光速，所以D 项错误。 考点：本题考查了双缝干涉和不同色光的折射率

4．C

解析：C

【解析】试题分析：由图看出，a 光的入射角小于b 光的入射角，而折射角相同，根据折射定律分析玻璃对两束光的折射率的大小关系，即可知道两光的频率关系、波长关系，由

c v n =

分析光在玻璃中速度关系．由公式1

sin C n

=分析临界角大小． a 光的入射角小于b 光的入射角，而折射角相同，根据折射定律得知，玻璃对b 光的折射率大于a 光的折射率，则b 光的频率大于a 光的频率，根据E h γ=可知b 光的能量较大，

根据

c

v

n

=可知a光在玻璃中的传播速度较大，AB错误；频率越大，波长越小，即a的波

长大于b的波长，在相同条件下，波长越长，越容易发生衍射现象，所以a更容易发生衍

射现象，C正确；根据

1

sin C

n

=可得b光的全反射角小，D错误．

5．D

解析：D

【解析】①、②、B产生全反射的必要条件是光必须从光密介质射入光疏介质，可知，光从空气进入玻璃砖时，不会产生光的全反射现象，无论入射角多大，光都能从界面ab进入玻璃砖．故①错误，②正确．③、④、由于ab与cd两个表面平行，根据几何知识得知，光线在ab面上的折射角等于在cd面上的入射角，根据光路可逆原理可知，光线一定从界面cd射出，故③错误，④正确．综上选D．

【点睛】解决本题的关键是掌握全反射的条件，灵活运用光路的可逆性分析玻璃砖的光学特性．

6．B

解析：B

【解析】

A属于光沿直线传播；B属于光的折射；C属于光沿直线传播，C属于光的反射，故B正确．

7．B

解析：BD

【解析】由得，得到全反射临界角．射到光线ac面的光线，入射角等于30°，小于临界角C，不发生全反射，则ac面上有光射出，也有反射，此反射光射到ab面上时入射角为60°，发生全反射，而不能从ab面射出．如图，射到光线bc面的光线，入射角i=0°，则光线从bc面垂直射出，AC错误BD正确．

8．C

解析：C

【解析】

试题分析：光束b的偏折角大，水对光束b的折射率，光束b的频率大，波长小，速度小，临界角小，故选C

考点：考查光的折射

点评：本题难度较小，熟记7中单色光中折射率、频率、波长、速度和临界角的大小关系9．A

解析：A

【解析】由题，两光束的入射角i相同，折射角r a＜r b，根据折射定律得到，折射率n a＞

n b．由公式

c

v

n

=分析得知，在玻璃砖中a光的速度比b光的速度小．故A正确．由于b

光的折射率较小，则b光的频率较小，光子能量较小，故B错误．根据sinC=1

n

分析知：a

光的折射率大，临界角小，故C错误．折射角r a＞r b，频率f a＞f b，则波长λa＜λb，根据公

式△x=L

d

λ，则知a光的干涉条纹间距小于b光的间距．故D错误．故选A.

点睛：本题关键要掌握光的折射定律、全反射临界角公式、干涉和衍射的条件等多个知识点，同学们只要加强对光学基础知识的学习，就能轻松解答．

10．B

解析：B

【解析】

试题分析：从玻璃射入空气中会发生全反射现象，由光路图可知， a 、b 光入射角相同，在分界面上a光发生反射及折射，而b 光发生全反射，因此a 光的折射率小于b 光折射率，故B 正确； a光折射率小，因此a 光发生全反射的临界角大，故A 错误；b 光折射率大，则b 光在玻璃中的传播速度小， b 光的波长小， b 光的光子能量大，故C、D 均错误．

考点：折射率，临界角，光子的能量．

11．C

解析：C

【解析】

A、根据折射率定义公式

sin

sin

i

n

r

=，从空气斜射向玻璃时，入射角相同，光线a对应的折射

角较大，故光线a的折射率较小，即n a＜n b，若增大入射角i，在第二折射面上则两光的入射角减小，依据光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，才能发生光的全反射，因此它们不会发生光的全反射，故A错误．B、光从空气斜射向玻璃折射时，

入射角相同，光线a对应的折射角较大，故光线a的折射率较小，即n a＜n b，根据

c v

n =

分析知在该三棱镜中a光速度大于b光速度，故B错误. C、a光的折射率较小，在真空中a光波长大于b光波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，因此a光条纹间距大于b光条纹间距，故C正确．D、光线a的折射率较小，频率较低；根据E hν

=，则a光光子能量较小，则a光束照射光电管逸出光电子的最大初动能E km较小，根据qU c=E km，则a光的遏止电压低，故D错误．故选C．

【点睛】本题关键依据光路图来判定光的折射率大小，然后根据折射率定义公式比较折射率大小，学会判定频率高低的方法，同时掌握光电效应方程，及遏止电压与最大初动能的

12．B

解析：B 【解析】

试题分析：当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射．A 错，B 对；波长越短的光，频率越大，介质对它的折射率n 越大，根据公式，

光在光纤中传播的速度越小，CD 错，所以本题选择B 。 考点： 光的折射定律 全反射

13．A

解析：A 【解析】 【分析】

单色光的频率越小，折射率越小，发生折射时偏折程度越小；折射率越小，临界角越大；波长越长，干涉条纹的间距越大；频率越大，发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能越大； 【详解】

A 、单色光的频率越小，折射率越小，发生折射时偏折程度越小，则知a 光的折射率小，通过三棱镜时，单色光a 的偏折程度小，故A 正确；

B 、由1

sinC n

=

知，折射率越小，全反射临界角越大，故B 错误； C 、频率越小，波长越长，发生双缝干涉时，干涉条纹的间距与波长成正比，则知用单色光a 照射时相邻亮纹间距大，故C 错误；

D 、发生光电效应时,光电子的最大初动能为km

E hv W =-，光的频率越小，光电子的最大初动能越小，所以用单色光a 照射时光电子的最大初动能小，故D 错误； 故选A 。 【点睛】

关键要掌握折射率与光的频率、波长的关系，要掌握全反射临界角公式、干涉和衍射的条件等多个知识点。

14．C

解析：C 【解析】 【分析】 【详解】

从A 点开始经一系列的反射再到达望远镜所通过的距离s =2L ，则光从A 点开始经一系列的反射再到达望远镜所用的时间为

188T t f =

=

2

1618s L c Lf t f =

== 故C 正确，ABD 错误。 故选C 。

15．D

解析：D 【解析】 【详解】

AB.小球所发的光射向水面的入射角较大时会发生全反射，在水面上可以看到一个圆形亮斑，但不是充满水面的圆形亮斑，故AB 错误；

CD.由于光的折射，在水面上可看到比小球浅的发光小球的像，如图所示，选项C 错误，D 正确.

16．D

解析：D 【解析】 【详解】

A .麦克斯韦提出了电磁波理论，赫兹通过实验进行了验证，故A 错误；

B .光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理，故B 错误；

C .光的偏振现象说明了光是横波，故C 错误；

D .微波与食物中水分子的固有频率接近时，发生共振使热运动加剧从而实现加热的目的，故D 正确.

17．A

解析：A

【解析】试题分析：由临界角公式1

sin C n

=

求出临界角，确定光线射到圆孤NM 的临界入射点，当入射光线在临界光路的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将从圆弧射出．当入射点在临界入射点左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出．

由临界角公式得到12sin 5C n =

=．设圆弧的半径为R ， 2

sin 5

R C R =，则由题可知，当光线从F 点入射到圆弧面1F 点时，恰好发生全反射．当入射点在1F 的右侧时，入射角大于临

界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出．当入射点在1F 的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆孤1NF 射出，A 正确．

18．C

解析：C 【解析】

试题分析：由图乙可知a 光发生全反射的临界角大，由1

sin C n

=可知a 光的折射率小，即频率小，波长长，故选项AB 错误；由c v n =可知选项C 正确；由L

x d

λ?=可知选项D 错误．

考点：全发射；单色光的特点．

19．B

解析：B 【解析】 【详解】

AB ．入射光线与法线之间的夹角为入射角：r =90°-60°=30°；折射光线与法线之间的夹角为

折射角：i =90°-30°=60°；根据折射定律6030sini sin n sinr sin ?===?

A 错误，

B 正确；

C ．根据公式sin C =1/n 得：arcsin

453

C =≠?，故C 错误；

D ．光从介质射入真空中，即从光密介质射向光疏介质，当入射角大于临界角C 的时候会发生全反射，故D 错误．

20．C

解析：C 【解析】 【分析】

本题考查光的反射和折射，重点考查全反射时临界角与折射率的关系。 【详解】

CDE ．由D 发出的垂直于BC 的光在上液面的入射角为60?，且恰好不能射出液面，则发生全反射，液体的折射率

1sin 60n =

=

? C 正确，DE 错误；

A ．D 发出的光照射到C

B 界面时入射角最大为60?，故不发生全反射，A 错误； B ．D 发出的垂直于B

C 的光恰好不能射出液面，则

D 发出的在垂直于BC 之下的光也不能射出液面，液面上方不能看到透明罩所有位置都被照亮，B 错误； 故选C 。

21．A

解析：A

【解析】试题分析：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系

分析折射率的大小；根据

判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射

光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应． 波长越大，频率越小，故

的频率最小，根据

可知

对应的能量最小，根据可知

对应的前后能级之差最小，A 正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知

的传播速度最大，BC 错误；

的波长小于

的波长，故

的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D 错

误．

【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小．

22．C

解析：C 【解析】 【详解】

A.光在不同介质中传播时，频率不会发生改变，所以出射光线的频率不变，故A 错误；

B. 激光束从C 点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，折射角都小于临界角，根据几何知识可知光线在玻璃球内表面的入射角不可能大于临界角，所以都不可能发生全反射，故B 错误；

C. 此激光束在玻璃中的波速为

3

c v n =

= CD 间的距离为

2603S Rsin R =?=

则光束在玻璃球中从C 到D 传播的时间为

3S R t v c

=

= 故C 正确；

D. 由几何知识得到激光束在在C 点折射角30r =?，由

sin n sinr

α

=

可得入射角60α=?，故D 错误。

23．D

解析：D 【解析】

A 、薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P 处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知P 处凹陷，而Q 处检查平面右边处的

空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知Q 处凸起，故A 正确；

B 、图为光线通过小圆板得到的衍射图样，若用光照射很小的不透明圆板时，后面会出现一亮点，故B 正确；

C 、沙漠蜃景是光的全反射现象，而光导纤维是光的全反射现象，它们的原理相同，故C 正确；

D 、立体电影是光的偏振，与镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉，它们的原理不相同，故D 错误； 错误的故选D ．

24．A

解析：A 【解析】 【详解】

只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，如图所示，

根据几何关系有

22

13sin 4

C n r h =

=

=+ 所以

7h r =

故A 正确，BCD 错误； 故选A ． 【点睛】

以大头针末端为研究对象，只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，作出光路图，根据全反射的临界角公式求解即可．

25．A

解析：A 【解析】

红橙黄绿蓝靛紫，七种光的波长在减小，折射率在增大，根据公式可得：同一介

质对红光折射率小,对绿光折射率大,所以发生全反射时,红光的临界角最大,绿光的临界角最

小.若黄光发生全反射,则绿光一定能发生全反射.，A 正确，

思路分析：红橙黄绿蓝靛紫，七种光的波长在减小，折射率在增大，再根据公式分析

试题点评：做本题的关键是知道对红橙黄绿蓝靛紫七种光的折射率的变化